Đề tài : Thiết kế nguồn mạ một chiều có các tham số sau
+Hiệu điện thế :6 – 12 V
+Dòng tải Max :10000A
+ Đảo chiều : không
Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện không đổi trong
suốt quá trình mạ .Mạch có khâu bảo vệ ngắn mạch
Lời nói đầu
Mạ kim loại ra đời và phát triển hàng trăm năm nay.Ngày nay mạ kim
loại đã trở thành một ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ ở hầu hết các nớc
trên thế giới, phục vụ một cách đắc lực cho mọi ngành khoa học kỹ thuật sản
xuất và đời sống văn minh con ngời.
Lớp mạ kim loại trên bề mặt các chi tiết máy,dụng cụ sinh hoạt, phơng
tiện sản xuất, giao thông vận tải, khai thác mỏ địa chất,thông tin liên lạc, kỹ
thuật điện tử, cơ khí chính xác, thiết bị y tế, trang trí bao bì ..
Vậy mạ điện là gì ?
Một cách đơn giản nhất có thể hiểu mạ điện là quá trình kết tủa kim loại
lên bề mặt nền một lớp phủ có những tính chất cơ, lý, hoá ... đáp ứng đợc
các yêu cầu kỹ thuật mong muốn.
Mạ kim loại không chỉ làm mục đích bảo vệ khỏi bị ăn mòn mà còn có
tác dụng trang trí, làm tăng vẻ đẹp, sức hấp dẫn cho các dụmh cụ máy móc
và đồ trang sức..
Ngày nay không riêng gì ở nớc phát triển mà ngay trong nớc ta kỹ
thuật mạ đã có nhng bớc phát triển nhảy vọt, thoả mãn yêu cầu kỹ thuật
trong sản xuất cung nh trong kinh doanh
Kỹ thuật mạ đòi hỏi phải không ngừng phát triển nghiên cứu cải tiến
kỹ thuật ,máy móc chuyên dùng thiết bị dây chuyền sản xuất đồng bộ tự
động hoá với độ tin cậy cao. Điều này sẽ giúp nâng cao chất lợng mạ và hạ
giá thành sản phẩm, chống ô nhiễm môI trờng.
Để có một lớp mạ tốt ngoàI những yếu tố khác thì nguồn điện dùng để
mạ là rất quan trọng.
Đối với sinh viên tự động hóa, môn học điện tử công suất là một môn
rất quan trọng. Với sự giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô trong khoa em đã
từng bước tiếp cận môn học. Để có thể lắm vững lý thuyết để áp dụng vào
thực tế, ở học kỳ này em đợc các thầy giao cho đồ án môn học với đề tài :
Thiết kế nguồn mạ một chiều. Đây là một đề tài có quy mô và ứng dụng thực
tế.
Với sự cố gắng của bản thân cùng với sự chỉ bảo của các thầy cô giáo
trong bộ môn và đặc biệt là thầy đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Do lần đầu làm đồ án điện tử công suất kinh nghiệm cha có lên em
không tránh khỏi những sai sót mong các thầy giúp đỡ. Cuối cùng em xin
chân thành cảm ơn !
Chương I : Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện
Đề tài thiết kế nguồn mạ một chiều là một đề tài có giá trị thực tế lớn,
bởi vì trong công nghệ mạ nguồn điện một chiều là một yếu tố quan trọng.
Để thấy rõ giá trị của đề tài, trước hết ta cần phải nắm rõ một số khái
niệm cũng nh các thiết bị có liên quan đến quá trình mạ bằng điện phân.
Ta dựa vào sơ đồ điện phân nh sau:
Sơ đồ trên là mô hình dùng trong phạm vi nhỏ trong phòng thí
nghiệm đồng thời cũng dùng trong qui mô sản xuất lớn. Các thành phần cơ
bản của sơ đồ điện phân :
1. Nguồn điện một chiều như: pin, ắc qui, máy phát điện một chiều,
bộ biến đổi. Ngày nay đợc dùng phổ biến nhất là bộ biến đổi. Bộ biến đổi
cho quá trình điện phân có điện áp ra thấp : 3V, 6V, 12V, 24V… Tuỳ theo
yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện áp ra cho phù hợp. Một bộ biến đổi có thể lấy
ra một số điện áp cần thiết cho một số qui trình.
VD : Mạ niken thường dùng điện áp 6V hay 12V. Để mạ Crôm dùng
12V. Để đánh bóng điện hóa nhôm thờng dùng điện áp 12 – 24V.
2. Anốt :là điện cực nối vơí cực dơng của nguồn điện một chiều. Trước
khi điện phân anốt cần phải đánh sạch dầu mỡ, lớp gỉ…
Anốt dùng trong mạ điện có hai loại : anốt hòa tan và anốt không hoà
tan. Anốt hoà tan đợc dùng tronh các trờng hợp mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm,
mạ thiếc… Trong quá trình điện phân anốt tan vào dung dịch mạ theo phản
ứng ở điện cực :
+
+
=−
=−
2
2
2
2
CueCu
NieNi
Các cation kim loại tan vào dung dịch điện phân và đI đến catốt. Phản
ứng điện hóa ở anốt là phản ứng oxi hóa.
Anốt không hòa tan dùng trong trờng hợp mạ Crôm. Khi điện phân ở
bề mặt
anốt không hoà tan cũng diễn ra quá trình oxi hóa −− ClOHOH ,,
2…
↑+=−
=−
−
−
22
2
244
22
OOHeOH
CleCl
Khí thoát ra ở anốt trong quá trình điện phân thờng chính là 2
O hay 2
Cl .
3. Catốt : là điện cực nối với cực âm của nguồn điện một chiều. Trong
mạ điện catốt là vật mạ. Trên bề mặt vật mạ luôn diễn ra phản ứng khử các
ion kim loại mạ. Ví dụ nh :
Mạ niken : ↓=+
+NieNi 2
2
Mạ kẽm ↓=+
+ZneZn 2
2
Đồng thời với iôn kim loại bị khử, +
OH 3 cũng bị khử giải phóng ra khí
2
H theo phản ứng : OHHeoH 223 22 +↑=+
+
Khí 2
H thoát ra trên bề mặt ca tốt có khả năng thấm sâu vào mạng tinh
thể kim loại mạ và các kim loại nền, làm giảm độ bền cơ học của kim loại
(khí 2
H khi gặp nhiệt độ cao giãn nở mạnh gây ra sự rạn nứt, giòn kim loại)
.Ngời ta gọi hiện tợng này là hiện tợng “ giòn kim loại “.
Để kim loại mạ bám chặt vào bề mặt kim loạ nền đồng thời cho lớp mạ
đồng đều, bóng sáng hấp dẫn, trớc khi mạ ta cần phải gia công cho bề mặt
chi tiết bằng phẳng, bóng và sạch các chất dầu mỡ màng oxít.
Catố vật mạ cần phải nhúng ngập vào dung dịch, thờng ngập dới mặt n-
ớc 8 – 15cm và cách đáy bể khonảg 15cm. Các chỗ nối phải đảm bảo tiếp
xúc thật tốt, không để gây ra hiên tợng phóng điện trong chất điện phân.
Tuyệt đối không để chạm trực tiếp giữa anốt và catốt khi đã nối mạch điện.
4. Dung dich chất điện phân : dung dịch chất điện phân dùng để mạ th-
ờng có hai phần :
_ Thành phần cơ bản : gồm muối và hợp chất chứa iôn của kim loại mạ
và một số hoá chất thiết yếu khác, nếu thiếu hóa chất này thì dung dich
không thể dùng để mạ đợc.
_ Thành phần thứ hai : bao gồm các chất phụ gia
+ Chất làm bóng lớp mạ
+Chất đệm giữ cho pH của dung dịch ổn định
+Chất giảm sức căng nội tại đảm bảo lớp mạ không bong nứt
+Chất san bằng đảm bảo cho lớp mạ đồng đều hơn
+Chất làm tăng độ dẫn điện cho lớp mạ đồng đều hơn
+Chất chống thụ động hóa anốt nhằm ổn định mạ
Một số đặc điểm dung dịch mạ :
_ Dung dịch mạ cần phải có độ đẫn điện cao. Độ đẫn điện của dung
dịch không những chỉ giảm đợc tổn thấtđiện trong quá trình mạ mà còn làm
cho lớp mạ đồng đều hơn.
_ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lợng trong một khoảng pH nhất
định. Ví dụ mạ Niken pH=4,5 đến 5,5. Mạ kẽm trong dung dịch amôniclorua
pH= 4,5 đến 5,5. Mạ kẽm trong dung dịch axít pH= 3,5 đến 4,0…
_ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lợng cao trong một khoảng nhiệt
độ nhất định. VD mạ Niken khoảng nhiệt độ là C
.
7055 →, mạ vàng
C
.
7060 →. Nhìn chung, khi điện phân nhiệt độ dung dịch không vợt qua
nhiệt độ sôi của dung dịch.
_ Mỗi dung dịch có một khoang mật độ dòng catốt thích hợp.
_ Dung dịch chứa muối phức của kim loại thờng cho lớp mạ có chất l-
ợng tốt hơn lớp mạ từ chính kim loại thu đợc từ nuối đơn. VD lớp mạ thu đ-
ợc từ dung dịch −2
4
)(CNZn
hoặc −2
3
)(CNZn tốt hơn lớp mạ thu đợc từ dung dịch muối 4
CuSO .
5. Bể điện phân : làm từ vật liệu cách điện, bền hóa học, bền nhiệt.
Thành và mặt trong của bể thờng đợc lót bằng chất dẻo có độ bền hóa học,
bền nhiệt. Lớp chất dẻo lót phải kín tuyệt đối, nớc không thấm qua đợc. Mặt
ngoài sơn nhiều lớp chống gỉ. Bể mạ thờng có dạng hình chữ nhật, điều này
giúp cho lớp mạ đợc phân bố đều hơn bể có hình dạng khác. Có nhiều bể mạ
nh bể mạ tĩnh, thùng mạ quay, …
Trên dây là toàn bộ sơ đồ tổng quát của quá trình mạ bằng điện phân.
Trong công nghệ mạ còn có một số yêu cầu về gia công bề mặt trớc khi
mạ.Yêu cầu bề mặt trớc khi mạ :
- Trước khi mạ vật cần mạ đợc tiến hành gia công cơ khí để có bề
mặt bằng phẳng, đồng thời tẩy xóa các lopứ gỉ, đánh bóng bề mặt theo yêu
cầu sử dụng.
- Tẩy sạch dầu mỡ các hợp chất hóa học khác có thể có trên bề mặt
vật mạ.
Tóm lại trớc lúc chi tiết vào bể điện phân, bề mặt cần phải thật bằng
phằng, sắc nét bóng tuyệt đối sạch dầu mỡ, các màng oxit có thể có. Trong
điều kiện nh vậy lớp mạ thu đợc mới có độ bóng tốt, không sớc, không sần
sùi, bóng đều toàn lớp mạ đồng nhất nh ý.
Phơng pháp gia công bề mặt kim loại trớc khi mạ :
- Phơng pháp gia công cơ khí bao gồm : mài thô, mài tinh, đánh
bóng quay bóng hay sóc bóng trong thùng quay.
- Phơng pháp gia công hóa học hay điện hóa họcbao gồm : tẩy dầu
mỡ, tẩy gỉ, tẩy lại làm bóng bề mặt, rửa sạch.
Sự lựa chọn phơng pháp gia công cho hiệu qủa tốt nhất lại có giá thành
rẻ, đòi hỏi ngời kỹ thuật viên phải có hiểu biết đầy đủ và nhất là phải có kinh
nghiệm sản xuất. Bất kỳ thiếu sót nào dù nhỏ hoặc đánh giá không đúng
công việc chuẩn bị bề mặt đều dẫn đến giảm sút chất lợng và hình thức lớp
mạ. Chất lợng lớp mạ phụ thuộc một cách cơ bản vào phơng pháp đợc lựa
chọn, kỹ thuật và điều kiện tiến hành chuẩn bị bề mặt lớp mạ. Không bao
giờ chúng ta coi nhẹ việc chuẩn bị bề mặt vật mạ.
Chuơng II : Lựa chọn phương án
Nhiệm vụ đặt ra đối với đồ án là thiết kế nguồn mạ một chiều có điện
áp thấp và dòng rất lớn. Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện
mạ trong quá trình nạp. Mạch có khâu bảo vệ chống chạm điện cực.
Trong công nghệ mạ điện thì nguồn điện là một yếu tố hết sức quan
trọng, nó quyết định nhiều đến chất lượng lớp mạ thu được. Nguồn điện một